浅谈半导体测试过程

测试环节贯穿半导体生产制造，是芯片质量的把关者

半导体工艺制程越来越复杂，检测设备愈发重要。随摩尔定律的进一步发展，半导体芯片 晶体管密度越来越高，相关产品复杂度及集成度呈现指数级增长。新应用需求驱动了制程微缩 和三维结构的升级，使得工艺步骤大幅提升，成熟制程（以 45nm 为例）工艺步骤数大约需要 430 道，到了先进制程（以 5nm 为例）将会提升至 1250 道，工艺步骤将近提升了 3 倍；结构 上来看包括 GAAFET、MRAM 等新一代的半导体工艺都是越来越复杂，在数千道制程中，每一道 制程的检测对芯片的良率起到至关重要的作用。

半导体检测根据使用的环节以及检测项目的不同，可分为前道检测和后道检测。其中，前道量 测包括量测类和缺陷检测类，主要用于晶圆加工环节，目的是检查每一步制造工艺后晶圆产品 的加工参数是否达到设计的要求或者存在影响良率的缺陷，属于物理性检测；后道测试根据功 能的不同包括分选机、测试机、探针台，主要是用在晶圆加工之后、封装测试环节内，目的是 检查芯片的性能是否符合要求，属于电性能检测。晶圆制造环节检测主要进行光学检测，封测环节主要进行电性能检测。半导体测试环节是避 免“十倍成本”的关键。

所谓“十倍成本”是指芯片故障若未在测试环节中发现，那么在 后续电路板级别中发现故障导致的成本将在十倍以上。其中，封测环节主要可以分为：晶 圆测试和成品测试。晶圆测试主要是针对加工完的晶圆，进行电性测试，识别出能够正常工作 的芯片，需要使用的设备主要为测试机和探针台。

成品测试主要是指晶圆切割变成芯片后，针 对芯片的性能进行最终测试，需要使用的设备主要为测试机和分选机。晶圆测试（Chip Probing），简称 CP 测试，是指通过探针台和测试机的配合使用，对晶圆 上的裸芯片（gross die）进行功能和电学性能参数的测试。

测试过程主要为：探针台将 晶圆逐片传送至测试位置，芯片端点通过探针、专用连接线与测试机的功能模块进行连接， 测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号，以判断芯片功能和性能是否达到设计规范要 求。对裸片的测试结果通过通信接口传送至探针台，探针台会根据相应的信息对芯片进行 打点标记，形成晶圆的 Mapping，即晶圆的电性能测试结果。CP 测试设备主要由支架、测 试机、探针台、探针卡等部件组成。CP 测试会统计出晶圆上的芯片合格率、不合格芯片 的确切位置和各类形式的良率等，可用于指导芯片设计和晶圆制造的工艺改进。

芯片成品测试（Final Test），简称 FT，FT 测试是在芯片封装后按照测试规范对电路成品 进行全面的电路性能检测，目的是挑选出合格的成品芯片，保障芯片在任何环境下都可以 维持设计规格书上所预期的功能及性能。通过分选机和测试机配合使用，测试过程主要为：分选机将被测芯片逐个传送至测试工位，被测芯片的引脚通过测试工位上的基座、专用连 接线与测试机的功能模块进行连接，测试机对芯片施加输入信号并采集输出信号，判断芯 片功能和性能是否达到设计规范要求。测试结果通过通信接口传送至分选机，分选机据此 对被测芯片进行标记、分选、收料或编带。

FT 测试系统通常由支架、测试机、分选机、 测试板和测试座组成。FT 测试环节的数据可以用于指导封装环节的工艺改进。CP 测试的主要目的在于挑出坏的裸片，减少后续的封装和 FT 测试成本；FT 测试的主要目 的确保芯片符合交付要求，避免将不合格的芯片交付给下游用户。相比于 FT 测试，CP 测 试的技术要求更高，难度更大。芯片在完成封装后处于良好的保护状态，体积也较晶圆状 态的裸片增加几倍至数十倍，因此 FT 测试对洁净等级和作业精细程度的要求较 CP 测试低 一个级别，但测试作业的工作量和人员用工量更大。CP 测试和 FT 测试在确保芯片良率、 控制生产成本、指导 IC 设计和生产工艺改进等方面都起到了至关重要的作用。

编辑：黄飞